zk-SNARKs知識(shí)有哪些

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1、可信設(shè)置

傳統(tǒng)的zk-SNARK，例如Groth26有一個(gè)主要的缺點(diǎn)：依賴于一個(gè)公共的參考字符串，該字符串使用一次性可信設(shè)置創(chuàng)建。該設(shè)置創(chuàng)建一個(gè)供證明方和驗(yàn)證方同時(shí)使用的參考字符串。這里面有三個(gè)主要的問題：

• 可信設(shè)置生成的“有毒廢料”，如果泄露的話，可以被用于生成無法 檢測(cè)的偽造證明。多方計(jì)算通常會(huì)忽略這個(gè)問題，但是儀式的協(xié)調(diào) 異常復(fù)雜。

• 可信設(shè)置創(chuàng)建的參考字符串通常綁定到一個(gè)電路（基本上就是程序）。 不可能為任何計(jì)算創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的可信設(shè)置，這使得很多應(yīng)用都不可行， 例如智能合約。

• 可信設(shè)置是一次性的，生成的參考字符串不可升級(jí)，這意味著如果 Zcash需要修復(fù)其zk-SNARK電路中的哪怕一個(gè)很小的bug，也需要一個(gè) 新的儀式來部署修復(fù)。

2、通用zk-SNARK

新的zk-SNARK構(gòu)建解決了對(duì)可信設(shè)置的要求，這意味著像智能合約等任意代碼可以作為zk-SNARK運(yùn)行。目前有兩個(gè)不同的方法：

• 透明設(shè)置

設(shè)置創(chuàng)建一個(gè)共用的參考字符串，公開并且不會(huì)創(chuàng)建有毒廢料。這和zk-STARK的機(jī)制類似。Fractal、Halo和SuperSonic-CG使用的就是透明設(shè)置。這種方法的缺點(diǎn)在于證明數(shù)據(jù)量會(huì)很大。Fractal和zk-STARK證明能達(dá)到250KB，這對(duì)于區(qū)塊鏈應(yīng)用是不現(xiàn)實(shí)的。Fractal團(tuán)隊(duì)告訴我，他們正在解決證明數(shù)據(jù)量過大的問題。Halo和SuperSonic的證明要小一些， 不到10KB。

• 通用設(shè)置

這種設(shè)置創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)化參考字符串，也會(huì)產(chǎn)生有毒廢料，不過設(shè)置不再局限于單一電路，一個(gè)參考字符串可以用于無限的任意電路中。例如Marlin、SuperSonic-RSA和Plonk。這三種構(gòu)建生成的參考字符串可以升級(jí)，以便提高安全性。如果當(dāng)前的有毒廢料泄露，那么只需要升級(jí)設(shè)置就可以再次保障系統(tǒng)的安全。

3、zk-SNARK分類

如何比較新出現(xiàn)的zk-SNARK？在證明人側(cè)，為每種zk-SNARK構(gòu)建生成一個(gè)證明需要O(n log n)時(shí)間。區(qū)別主要在于證明的數(shù)據(jù)量大小、驗(yàn)證時(shí)間以及參考字符串的大小。

所有這些zk-SNARKS使用的編譯器可以分為三類：預(yù)處理、DARK和傳統(tǒng)的SNARK（非通用）：

4、已有的zk-SNARK構(gòu)建

作為參考，我將介紹三種已有的構(gòu)建。Groth26是非通用的，它依賴于一次性不可升級(jí)的設(shè)置，Sonic是一個(gè)通用的zk-SNARK。

Groth26：Groth26是目前最快、數(shù)據(jù)量最小的zk-SNARK，被用于Zcash等。Groth26不是通用的，其設(shè)置需要綁定到一個(gè)特定的電路。由于其速度和證明的小數(shù)據(jù)量，因此常常被新的zk-SNARK拿來比較性能。

Sonic：Sonic是一個(gè)早期的通用zk-SNARK協(xié)議。論文發(fā)表于2019年1月。Sonic支持通用、可升級(jí)的參考字符串。Sonic的證明大小固定，但是驗(yàn)證成本高。理論上可以將多個(gè)證明分批驗(yàn)證以獲得更好的性能。

5、新的zk-SNARK構(gòu)建

Fractal：Fractal 是一種允許遞歸的zk-SNARK。通過對(duì)電路的預(yù)處理實(shí)現(xiàn)了透明設(shè)置。證明最大250KB，這筆其他構(gòu)建生成的證明都要大的多。

Halo：Halo支持遞歸證據(jù)組織，無需可信設(shè)置。與其他新的zk-SNARK構(gòu)建不同，Halo的驗(yàn)證時(shí)間是線性的。

SuperSonic：SuperSonic 是Sonic的改進(jìn)版，是第一個(gè)在驗(yàn)證時(shí)間和證明數(shù)據(jù)量方面實(shí)用化的透明zk-SNARK。

Marlin：Marlin 是Sonic的改進(jìn)版，證明時(shí)間縮短10倍，驗(yàn)證時(shí)間縮短4倍。

一個(gè)大問題是：如何比較這些不同zk-SNARK構(gòu)建的性能？不幸的是，我不知道zk-SNARK有任何基準(zhǔn)測(cè)試，不過即使有的話，也不是所有的新構(gòu)建都有一個(gè)參考實(shí)現(xiàn)。因此下面表格中的數(shù)字請(qǐng)不要過于較真，它們是基于論文中的基準(zhǔn)指標(biāo)，或者基于發(fā)明者提供的估算。

通過查看證明的大小、證明運(yùn)行時(shí)間、驗(yàn)證運(yùn)行時(shí)間，有一些方面是值得注意的：

• 使用透明設(shè)置的構(gòu)建通常由較大的證明數(shù)據(jù)量

• Halo的驗(yàn)證時(shí)間不恒定，這和其他新的zk-SNARK構(gòu)建不同

• 在證明數(shù)據(jù)量尺寸和運(yùn)行速度方面，Groth26仍然是無敵的

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當(dāng)前標(biāo)題：zk-SNARKs知識(shí)有哪些
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